Da KI-Rechenzentren weiter wachsen, steigt die Nachfrage nach schnellerer und energieeffizienterer Datenübertragung rapide an.
Traditionelle elektrische Verbindungen stoßen zunehmend an Grenzen hinsichtlich Bandbreite, Energieverbrauch und Latenz. Dies ist ein Grund, warum Co-Packaged Optics (CPO) und Siliziumphotonik als Verbindungstechnologien der nächsten Generation zunehmend Aufmerksamkeit erregen.
Doch es gibt eine Herausforderung, die oft übersehen wird:
CPO mag bereit für die Kommerzialisierung sein, aber ist das CPO-Testen bereit für die Massenproduktion?
Laut TrendForce bleibt das Testen eine der wichtigsten Engpässe, während CPO vom Labor in die Serienproduktion übergeht. Die COUPE-Plattform von TSMC zielt ebenfalls auf die Serienproduktion im Jahr 2026 ab, was die Entwicklung des CPO-Ökosystems weiter beschleunigt.
Was macht das CPO-Testen so schwierig?
Im Gegensatz zum traditionellen Testen elektronischer ICs kombiniert CPO elektrische und optische Technologien im selben Gehäuse.
Eine typische CPO-Architektur integriert einen Photonic Integrated Circuit (PIC) mit einem Electrical Integrated Circuit (EIC). Die kombinierte Komponente wird oft als Optical Engine (OE) bezeichnet.
Der PIC kann Folgendes umfassen:
Optische Koppler
Modulatoren
Photodetektoren
Optische Filter
Optische Wellenleiter
Das bedeutet, dass es beim Testen nicht mehr nur um elektrische Leistung geht.
Ingenieure müssen auch optische Parameter messen wie:
Einfügedämpfung (IL)
Polarisationsabhängige Dämpfung (PDL)
Empfindlichkeit
Wellenleiter-Ausbreitungsverlust
Optisches Übersprechen
Die Kombination aus elektrischem, optischem und optoelektronischem Testen macht das CPO-Testen deutlich komplizierter als herkömmliches IC-Testen.
Das Ausrichtungsproblem
Eine der größten Herausforderungen ist die optische Ausrichtung.
Licht muss von einer externen Glasfaser in einen extrem kleinen optischen Wellenleiter gelangen. Der Unterschied in der physischen Größe ist enorm.
Laut TrendForce beträgt die Querschnittsfläche eines Single-Mode-Faserkerns etwa 78,5 µm², während der optische Wellenleiter etwa 0,099 µm² groß sein kann.
Das bedeutet, dass der Faserkern hunderte Male größer sein kann als der Wellenleiter.
Selbst ein kleiner Positionierungsfehler kann zu erheblichen Kopplungsverlusten führen.
Deshalb erfordert das CPO-Testen eine extrem präzise Ausrichtung, zusammen mit fortschrittlichen optischen Sonden, maschinellem Sehen und automatisierten Positionierungssystemen.
Heute umfassen einige dieser Prozesse noch erhebliche manuelle Vorgänge. TrendForce schätzt, dass die 1001TP3-Inspektion eines einzelnen PIC mehr als 100 Sekunden dauern kann, was eine große Herausforderung für die Hochvolumenfertigung darstellt.
Vier Schlüsselphasen des CPO-Testens
Das CPO-Testen findet nicht nur in einer Phase statt. Der Prozess kann im Allgemeinen in vier Hauptebenen unterteilt werden.
1. PIC-Wafer-Level-Testen
Die erste Phase konzentriert sich auf den photonischen integrierten Schaltkreis selbst.
Typische Messungen umfassen:
Elektrische DC-Leistung
Optische Leistung
Optischer Verlust
Dunkelstrom
Diese Phase ist besonders wichtig, da defekte PICs identifiziert werden können, bevor sie mit teuren EICs verbunden werden.
2. EIC-PIC-Wafer-Level-Testen
Die nächste Phase kombiniert elektrisches und optisches Testen.
Das Testen kann umfassen:
Elektro-optische Leistung
Opto-elektrische Leistung
Hochgeschwindigkeitstesten
S-Parameter-Messungen
3. Test des optischen Engines
Auf der Ebene der optischen Engine wird das Testen umfassender.
Es kann Folgendes umfassen:
- DC-Tests
Hochgeschwindigkeitstesten
Kalibrierung
Optische Loopback-Tests
S-Parameter-Messungen
Diese Phase hilft dabei, Known Good Optical Engines (KGOE) vor der weiteren Montage zu identifizieren.
4. Test fortschrittlicher Packages und Module
Die letzte Phase konzentriert sich auf das vollständige Modul.
Das Ziel ist es, Folgendes zu verifizieren:
Funktionalität auf Systemebene
Optische Leistung
Hochgeschwindigkeitskommunikation
Optische Loopback-Leistung
Warum OWAT die wichtigste Phase sein könnte
Unter diesen Testphasen ist der Optical Wafer Acceptance Test (OWAT) besonders wichtig.
Der Grund ist einfach:
Defekte frühzeitig erkennen.
PICs werden im Allgemeinen mit relativ ausgereiften Prozessknoten hergestellt, während EICs deutlich teurere Advanced-Node-Prozesse umfassen können.
Wenn ein defektes PIC erst entdeckt wird, nachdem es bereits mit einem teuren EIC verbondet wurde, können die daraus resultierenden Verluste erheblich sein.
Frühe Tests auf Wafer-Ebene können daher helfen, Folgendes zu reduzieren:
EIC-Ausschuss
Verpackungsverluste
Testkosten
Fertigungszeit
Damit CPO die Hochvolumenproduktion erreichen kann, wird die Verbesserung der optischen Tests auf Wafer-Ebene und der Automatisierung entscheidend sein.
Wer baut das CPO-Test-Ökosystem auf?
Der CPO-Testmarkt zieht Unternehmen aus mehreren Bereichen der Halbleiterausrüstungsindustrie an.
Traditionelle ATE-Marktführer wie Advantest und Teradyne expandieren durch Partnerschaften und Akquisitionen in das photonische Testen.
Gleichzeitig entwickeln Unternehmen wie FormFactor, Keysight, Chroma, ficonTEC und Enlitech Lösungen für optisches Probing, Messung, Ausrichtung und Zuverlässigkeitstests.
Beispielsweise haben Advantest und FormFactor an photonischen Testlösungen mit fortschrittlichen optischen Ausrichtungsfähigkeiten gearbeitet.
Teradyne und ficonTEC haben ebenfalls Testlösungen auf Wafer-Ebene und Die-Ebene für Siliziumphotonik entwickelt.
Gleichzeitig bringt Keysight Hochgeschwindigkeitsmesstechnik und optische Charakterisierungstechnologien in das CPO-Test-Ökosystem ein.
Diese Entwicklungen zeigen, dass sich das CPO-Testen zu einem multidisziplinären Markt entwickelt und nicht mehr nur ein traditioneller ATE-Markt ist.
CPO-Testen wird zu einer neuen Halbleiterchance
Das Wachstum von KI treibt die Halbleiterindustrie über die Rechenleistung hinaus.
Die Interconnect-Leistung wird ebenso wichtig.
Da KI-Cluster größer werden, erzeugt die Bewegung massiver Datenmengen zwischen GPUs, Switches, Speicher und anderen Komponenten zunehmende Bandbreiten- und Leistungsherausforderungen.
Dies ist einer der Gründe, warum CPO Aufmerksamkeit erregt.
TrendForce erwartet, dass sich die CPO- und NPO-Märkte mit der weiteren Skalierung der KI-Infrastruktur erheblich ausweiten werden, wobei der kombinierte Markt bis 2030 voraussichtlich US$39 Milliarden überschreiten wird.
Doch bevor CPO die echte Massenproduktion erreichen kann, muss die Industrie noch mehrere kritische Probleme lösen:
Bessere Ausrichtung.
Höhere Testgeschwindigkeit.
Mehr Automatisierung.
Niedrigere Testkosten.
Standardisiertere Testmethoden.
Abschließende Gedanken
CPO ist längst nicht mehr nur ein Laborkonzept.
Da KI-Rechenzentren höhere Bandbreite und niedrigeren Stromverbrauch verlangen, werden optische Interconnects zu einem zunehmend wichtigen Teil des Halbleiter-Ökosystems.
Die Entwicklung der Technologie ist jedoch nur ein Teil der Herausforderung.
Die Fähigkeit, ihn schnell, präzise und wirtschaftlich zu testen, könnte letztlich darüber entscheiden, wie schnell CPO skalieren kann.
Für Halbleiterhersteller, Ausrüstungslieferanten, Komponentenunternehmen und Lieferkettenpartner ist CPO-Testing ein Bereich, der genau beobachtet werden sollte.
Der nächste Durchbruch in der KI-Infrastruktur könnte nicht nur von schnelleren Chips kommen.
Er könnte von besseren Methoden kommen, sie zu testen und zu verbinden.
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